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紫琅职业技术学院毕业设计题 目:钮盒注塑模设计副 标 题:学 生 姓 名:于建栋所在系、专业:机电工程系、模具设计与制造班 级:模具5092指 导 教 师:程洋日 期:2012.05.19i摘 要摘 要本文介绍了钮盒注塑模的设计思路及加工方法;注塑模的工作原理和在国内的发展状况;分析了钮盒塑件的工艺特性;对钮盒注塑模设计进行了一系列的方案论证和过程论述,完成了相关设计计算:其中包括模架的确立、注射机的选择、模具与注射机有关参数的校核、浇注系统的设计计算、成型零件的尺寸和公差计算、冷却系统的设计计算、脱模机构的设计计算等等。还绘制了模具装配图和零件图,并进行了设计审核。在设计中还应用cad进行了模具的平面绘图,完成模具的装配图,应用proe完成了钮盒的三维实体图。关键词:钮盒 注塑模设计 成型零i目 录目 录摘 要i目 录11、塑件工艺分析11.1.1塑件材料分析11.2塑件的结构、尺寸精度及表面质量分析11.2.1结构分析11.2.1结构分析21.3明确塑件生产批量21.4塑件成型工艺参数的分析22、结构方案的确定及注塑机型号的选择32.1结构方案的确定32.1.1分型面位置的确定32.1.2型腔数量和和布局形式的确定32.1.3模具结构形式的确定42注射机型号的选定43、成型零件的设计43.1成型零件结构的设计43.1.1凹模结构设计53.1.2凸模和型芯结构设计53.2成型零件尺寸计算54、模具其他零件的设计54.1浇注系统的设计54.1.1浇注系统的组成54.1.2主流道设计64.1.3分流道设计64.1.4浇口的设计64.2冷却系统的设计74.2.1冷却水道直径的选择74.2.2冷却水道的设计74.3排气系统的设计74.4导向机构及脱模机构设计74.4.1导向结构的设计74.4.2脱模机构设计74.5侧抽芯机构的设计85、注射机与模具各参数的校核95.1工艺参数的校核95.2安装参数的校核9致 谢11参考文献1210钮盒注塑模设计1、塑件工艺分析1.1.1塑件材料分析abs是由丙烯腈(acrylonitrile)、丁二烯(butadiene)和苯乙烯(styrene)三种化学单体合成。其中a代表丙烯腈,b代表丁二烯,s代表苯乙烯。abs不透明,外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、刚特性,燃烧缓慢,离火后仍继续燃烧,火焰呈黄色,有黑烟,燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但无熔融滴落。abs具有优良的综合性能。abs具有优良的物理力学性能,如不透水,但略透水蒸气,冲击强度较高,尺寸稳定性好等。abs有极好的冲击强度,即使在低温也不迅速下降。abs属于无定形聚合物,无明显熔点,成型后无结晶,成型收缩率为0.4%0.5%。在成型过程中,abs的热稳定性较好,不易出现降解或分解,但温度过高时,聚合物中橡胶相有破坏的倾向。abs具有一定的吸水性,含水量在0.3%0.8%范围。pc,聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程材料,密度为1.2g/cm3。聚碳酸酯韧而刚,抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅,用其成型零件可达到很好的尺寸精度并能在很宽的温度范围内保持尺寸的稳定性,即成型收缩率可恒定在0.5%-0.8%。聚碳酸酯虽然吸水性小,但高温时对水分比较敏感,所以加工前必须干燥处理,否则会出现银丝、气泡及强度下降现象;聚碳酸酯熔温度高,熔粘度大,流动性差,所以,成型时要求有较高的温度和压力;由于聚碳酸酯熔融粘度对温度比较敏感,所以一般用提高温度的办法来增加熔融塑料的流动性。而pc+abs,两者结合有以下特点 :1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。2、与有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。 3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性和柔韧性较好。1.2塑件的结构、尺寸精度及表面质量分析1.2.1结构分析该零件为钮盒,是对称零件,两侧各有斜孔,形状比较复杂。如图1-1所示:图1钮盒零件图1.2.1结构分析该零件的尺寸均无公差要求,但是技术要求按mt5级要求。由以上的分析可见,该零件的尺寸精度要求相对不高,对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看,都较为均匀。1.2.3表面质量分析该零件的外表面表面粗糙度要求为0.8比较容易实现,内表面表面粗糙度要求为3.2,加工要求较高。综上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。1.3明确塑件生产批量该塑件要求大批量生产。一年10万套1.4塑件成型工艺参数的分析根据成型工艺三个条件:温度、时间、压力,结合查阅资料,可确定材料的成型条件,如表1-1所示:表1-1 制品成型工艺参数初步确定(abs)注射成形机类型螺杆式成形时间/t注射时间2090密度 /g.cm-31.031.07高压时间05计算收缩率/%0.30.8冷却时间20120预热温度/8085总 周 期50220时间/t23螺杆转速/r.min-130料筒温度/后段150170适用注塑机类型螺杆式、柱塞式均可用中段165180后处理方法红外线灯、烘箱前段180200温度70喷嘴温度/170180时间24模具温度/5080注射压力/mpa601002、结构方案的确定及注塑机型号的选择2.1结构方案的确定2.1.1分型面位置的确定分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关,因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键步骤。1)分型面的设计原则(1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处,塑件在动、定模的方位确定后,其分型面应选择在塑件外型的最大轮廓,否则塑件会无法从型腔中脱出,这是最基本的选择原则。(2)分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 由于注射机的顶出装置在动模一侧,所以分型面的选择应尽可能地使塑件在开模后在动模一侧,这样有助于在动模部分设置推出机构,否则在定模内设置推出机构就会增加模具的复杂程度。(3)分型面的选择应保证塑件的精度要求。(4)分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 在分型面处会不可避免的在塑件上留下溢流飞边的痕迹,因此分型面最好不要设在塑件光亮的外表面或带圆弧的转角处,以避免对塑件外观质量产生的不利的影响。(5)分型面的选择要便于模具的加工制造 通常在模具设计中,选择平直分型面较多。但为了便于模具的制造,应根据模具的实际情况选择合理的分型面。 (6) 分型面的选择应有利于排气 在设计分型面时应尽可能使填充型腔的塑料熔料流末端在分型面上,这样有利于排气。2) 分型面的选择根据塑件结构形式,分型面如图2-1所示: 2.1.2型腔数量和和布局形式的确定 图2分型面的选择1) 型腔数量的确定该塑件尺寸较小,精度要求一般,形状较规则,由生产纲领可知为大批量生产。因此可选择一模两腔的方式生产,采用一模两腔的多型腔方式生产,就必须使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力,以保证塑料熔体能同时均匀地充满每个型腔,从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。采用一模两腔,浇注系统应尽量采用从主流道到各个型腔分流道形状及尺寸相等,即型腔平衡式布置形式,可用矩形排布。 2) 型腔布局形式的确定该塑件较小,考虑到不损坏塑件,采用推件板推出,综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素,拟采用下图所示的型腔排列方式型腔的排列方式如图2-2所示: 图3型腔布局2.1.3模具结构形式的确定从上面分析中可知,本模具拟采用一模两腔,矩形排布,推件板推出,流道采用平衡式,浇口采用侧浇口,四个侧抽。2注射机型号的选定注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等。这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.本次由公称注射量选定注射机。根据设计手册查得该材料密度:1.18kg/dm3:总体积v=1.534cm;总质量m=1.810g;流道凝料v=7.28cm3;m=7.644g;实际注射量为:v=1.534+7.28=8.814cm;实际注射质量为:m=1.810+7.644=9.454g;根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即: 0.8v vv= v0.8 =8.8140.8 =11.0175cm;根据上述计算,查塑料成型工艺与模具设计(第二版)p105,表4.2,确定注射机型号为:xs-z-30,主要技术参数如下: 结构形式 卧式 理论注射容量/cm3 30 螺杆直径/mm 28 注射压力/mpa 119 注射行程mm 130 锁模力/kn 250 拉杆内间距/mm 190300 移模行程/mm 160 最大模具厚度/mm 180 最小模具厚度/mm 60 喷嘴球半径/mm 12 喷嘴口孔径/mm 43、成型零件的设计3.1成型零件结构的设计次成型零件材料选用5crmnmo模具钢,该钢是热作模具钢,除淬透性,耐热疲劳性稍差,但淬透性与强度比40grmnmo高些。此钢适于制作尺寸较大,要求有较高强度和耐磨性的模具。3.1.1凹模结构设计由于塑件带有侧孔,必须有侧抽芯机构,所以成型零件的外形由定模板和滑块镶拼组合成型。3.1.2凸模和型芯结构设计由于塑件的内腔形状并不是很复杂,有一大、一小两个型芯。凸模与凸模固定板用螺钉连接。侧面孔的型芯为嵌入式,型芯镶嵌在滑块中,用销钉进行固定。3.2成型零件尺寸计算本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算,平均收缩率:,模具的制造公差取z=/3,见表3-1:表3-1型腔型芯工作尺寸的计算类别塑件尺寸计算公式模具尺寸型腔计算型腔1716.83+00.1274.94.76+00.0821.88+00.06710.610.41+00.107109.81+00.1073.83.64+00.0821.86+00.067型芯计算型芯3.23.40-00.081.51.66-00.0672.22.36-00.067中心距1212.060.164、模具其他零件的设计4.1浇注系统的设计4.1.1浇注系统的组成浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节,设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大的影响。浇注系统的设计原则1) 了解塑料的成型性能。注射成型时注射机料筒中的塑料已成熔融状态,因此了解被成型的塑料熔体的流动性以及温度、剪切律对粘度的影响等显得十分重要,设计的浇注系统一定要适应于所用塑料的成型性能,以保证成型塑件的质量。2) 尽量避免或减少产生熔接痕。在选择浇口位置时,应注意避免熔接痕的产痕,尤其是在流程长、温度低时,这对塑件熔接强度的影响较大。3) 有利于型腔中气体的排出。浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部分,使浇注系统及型腔中原有的气体有序地排出,避免充填过程中产生紊流或涡流,也避免因气体存积而引起凹陷、气泡、烧焦等塑件的成型缺陷。4) 防止型芯的变形和嵌件的位移。浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直接冲击细小型芯和嵌件,以防止熔体的冲击力使细小型芯变形或嵌件位移。5) 尽量采用较短的流程充满型腔。在选择浇口位置的时候,对于较大的模具型腔,要力求以较短的流程充满型腔,使塑料熔体的压力损失和热量损失减小到最低限度,以保持较理想的流动状态和有效地传递最终压力,保证塑件良好的成型质量。6) 流动距离比和流动面积比的校核。对于大型或薄壁塑料制件,塑料熔体有可能引起流动距离过长或流动阻力太大而无法充满整个型腔。为此,在模具设计过程中还应对其注射成型时的流动距离比或流动面积比进行校核,可以避免型腔充不足现象。4.1.2主流道设计根据塑料模具设计手册初步得xsz60型注射机喷嘴的有关尺寸:喷嘴前端孔径:;喷嘴前端球面半径:;根据模具主流道与喷嘴的关系: 取主流道球面半径:;取主流道的小端直径;为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为,取,经换算得主流道大端直径为。4.1.3分流道设计1) 分流道的形状和尺寸分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因数来确定。本塑件的形状不复杂,熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短,为了便于加工起见,选用截面形状为半圆形分流道,查表5-40(塑料模具设计手册)得。2) 分流道的表面粗糙度由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体流动状态比较理想,因此分流道表面粗糙度要求不太低,一般ra取左右,这可增加对外层塑料熔体的阻力,使外层塑料冷却皮层固定,形成绝热层。4.1.4浇口的设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用点浇口较为理想,如图4-1所示: 图4 点浇口查表5-45(塑料模具设计手册)选尺寸为直径,试模时修正。4.2冷却系统的设计4.2.1冷却水道直径的选择该塑件生产批量大,为降低冷却时间,缩短成型周期,提高生产率,可以在模板上设计冷却水管,以便在生产中灵活调整和控制。从而确定冷却管道直径为4mm.、4.2.2冷却水道的设计在定模部分设置冷却水道,模具的冷却水道穿过两块或两块以上的模板或镶件时,在它们的接合面处一定要用密封圈或橡胶加以密封,以防模板之间,镶拼零件之间渗水,影响模具的正常工作。4.3排气系统的设计模具的排气可以利用排气槽排气,分型面排气,利用型芯,推杆,镶件等的间隙排气。本次设计选用分型面排气。4.4导向机构及脱模机构设计4.4.1导向结构的设计此次设计导柱与导套采用了4个,其中导柱设在动模上,导套在定模上,起的是动定模导向作用,并采用了对称结构布置。当动模与定模合模时,导向装置现行导向,型腔与型芯在合模,这样可避免型芯与型腔发生碰撞而损坏。同时保证了型芯及型腔的相对位置,兼起定位作用及承受一定的侧压力作用。导柱和导柱的材料选用45钢表面高频淬火,这可满足要求的硬度,耐磨性,防锈,而现在市场上大部分为45钢。4.4.2脱模机构设计本设计采用的是本设计使用简单的推杆机构,因为塑件的分型面简单,结构也不复杂,采用推简单的脱模机构可以简化模具结构,给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前,需要对脱模力做个简单的计算;此次设计根据查手册:脱模斜度可选3,故此次脱模斜度为3。1 脱模力的计算本塑件为厚壁矩形制品,根据模具手册查得厚壁矩形制品计算公式:qc=根据查中国模具工程大典p352的表2.6-1 可得塑料的拉伸弹性模量e=1.91103;泊松比=0.3;成形收缩率=0.5,与钢的摩擦系数f=0.45。脱模系数:=0.388故脱模力qc=457.48n。2 推杆脱模机构由于本次设计的塑件型腔较小,且结构对称,故采用推杆脱模机构。推杆的尺寸确定,根据公式;可确定直径为d=3mm。由于制件较薄,如果推杆的顶端直接接触成型零件,对零件的表面质量有很大的影响。故采用推件块镶在动模板内,通过推杆推推件块,从而推出制件的脱模方式,不会对制件的表面质量造成影响其端面质量要求较高,且与凸模采用过渡配合,要求精密定位。推杆材料选用45钢。 4.5侧抽芯机构的设计本次设计采用的是整体式侧向抽芯,抽芯机构选用斜导柱分型抽芯机构。1)斜导柱长度和最小开模行程计算斜导柱的长度由抽拔距、斜导柱的直径及其倾斜角的大小确定。抽芯方向与开模方向垂直时,其长度计算如下l=l1+l2+l3+l4+l5=完成抽拔距s所需的最小开模行程h由下式计算:h=sctg。斜导柱倾斜角取=20。2)斜导柱直径确定根据查实用注塑模设计手册得计算公式: (kf=1.23)经计算得直径d=30mm。故可确定 l=216mm;h=138mm,如图4-2侧抽芯机构;图5侧抽芯机构利用开模力来抽芯,利用侧面的挡板来定位。型芯用销固定在滑块中,滑块滑动带动型芯,完成侧抽芯。斜滑块采用的是t8a。5、注射机与模具各参数的校核5.1工艺参数的校核1)注射量的校核(按体积)vmax=v 式中:vmax模具型腔流道的最大容积(cm3)v指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3)塑料的固态密度(g/cm3)注射系数取0.750.85,无定形料可取0.85,结晶形可取0.75。将以上各数代入公式得:vmax=v 0.856051cm3倘若实际注射量过小,注射机的塑化能力得不到发挥,塑料在料筒中停留的时间会过长。所以最小注射量容积vmin0.25v。vmin0.25v=12cm3实际注射量v=2v0+20.6v0=23.8+20.63.8=12.16 cm3即vmin vvmax所以符合要求。2)锁模力的校核公式:fkapm式中f注射机的额定锁模力(kn) 500a制品和流道在分型面上的投影和(cm3) 2.12pm型腔的平均计算压力(mpa) 由表9.9-4取30k安全系数,通常取k1.11.21.2则:kapm =318kn500kn=f所以符合要求。3)最大注射压和的校核pmaxkp0式中:pmax注射机的额定注射压力(mpa)150 p0成型时所需的注射压力(mpa)100 k 安全系数,常取k=1.251.4 取1.2则kp0=1.2100=120 mpapmax150 mpa所以符合要求。5.2安装参数的校核模具各模板的厚度分别为:h1上模座 25mm h2型腔板 40mmh3型芯固定板 32mm h4垫块 63mmh5下模座 25mm模具的闭合高度h=h1+h2 +h3+h4+h5 =185mm所允许的最小模具厚度hmin=70mm所允许的最大模具厚度hmax=200mm即模具满足hmin185mmhmax的安装条件。经查资料xsz60型注射机的最大开模行程s=180mm sh1+ h2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm满足要求所以注射机的开模行程足够,由以上的验证可知,型注射机能满足使用要求,故可采用。致 谢致 谢经这么久的努力,终于完成了大学三年最后的一项教学任务毕业设计。但愿这篇经过我的努力以及老师和同学的共同帮助而完成的毕业论文可以总结我的学业,竭诚地希望它可以作为一份相当的礼物,让我可以将她奉献给一直关爱我、帮助我和扶持我的人们。在此,我首先要感谢毕业实习公司的戴蓓芳老师,在整个设计过程中给予我指导,并且为我的毕业设计提出了很多宝贵的意见。经过戴老师的悉心指导,这次的设计才能成功的完成。同时也还要感谢所有对我的论文给予过帮助的同学,他们与我共同讨论,共同修改,让我的论文得以更加完善和出色。衷心地感谢材料

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